浑水入渗机制及模拟模型研究

泥沙的沉积会改变土壤表面特性、影响土壤的入渗特性。但目前对此问题仅是通过实验研究,未形成具有物理机制的计算土壤入渗过程的模型,不利于根据现代土壤物理方法描述浑水入渗过程。该文通过对浑水入渗特性和浑水入渗规律的分析,对现有的Ｇｒｅｅｎ－Ａｍｐｔ入渗模式进行改进,将泥沙沉积对入渗的影响归结为对湿润锋平均吸力的影响。这样有利于利用现有清水入渗模式来计算浑水入渗过程。并且利用室内模拟实验资料对模型进行检验,检验结果表明该模型是合理的。     

浑水含沙率对一维垂直入渗特性及致密层形成特性的影响

水中带沙是浑水灌溉较清水灌溉的本质区别，为揭示浑水含沙率对一维垂直入渗特性及致密层形成特性的影响，通过室内一维垂直入渗试验，以清水入渗为对照，设置了4个浑水含沙率水平(3%、6%、9%、12%)，研究了浑水含沙率对一维垂直入渗能力、湿润锋运移距离、致密层土壤颗粒组成及落淤层厚度等的影响，分别提出了以浑水含沙率和入渗历时为自变量的累积入渗量模型和湿润锋运移距离模型，建立了不同含沙率的浑水一维垂直入渗落淤层厚度与入渗历时之间的关系。结果表明：浑水累积入渗量、入渗率和湿润锋运移距离均随含沙率的增加而减小，而落淤层厚度随浑水含沙率的增加而增大；入渗初期(0～20 min)的落淤层厚度较小，入渗中期(20～130 min)的落淤层厚度增加较快，而其厚度增加速率逐渐变小，入渗后期的落淤层厚度稳定增加；随着浑水含沙率的增大，滞留现象越明显，落淤层细颗粒相对含量越少，粗颗粒相对含量越多；滞留层细颗粒相对含量随着含沙率的增加而增多，其物理性黏粒含量显著高于原土壤，特别是在入渗深度为0～1 cm处。     

应用遗传算法拟合浑水入渗经验公式

探索浑水入渗规律，对浑水灌溉、流域降雨产汇流、土壤侵蚀机理的研究与应用具有一定的价值。该文首先分析了影响浑水入渗主要因素的基础上，提出了浑水入渗试验方案。根据浑水入渗试验资料，认为入渗时间和物理性粘粒含量是影响浑水入渗的主要因素，引入粘性指数来反映浑水中物理性粘粒含量的大小，在此基础上，提出了浑水入渗经验公式。应用遗传算法，以浑水入渗经验公式中待求参数为优化变量，采用二进制编码，拟合这些待求参数。分析结果表明：拟合的浑水入渗经验公式精度较高；浑水与清水入渗的差异主要是由浑水中物理性粘粒的存在引起的；浑水中物理性粘粒含量越大，累积入渗量就越小。     

土壤容重对浑水膜孔灌单点源自由入渗特性的影响

为揭示土壤容重对浑水膜孔灌单点源自由入渗条件下土壤水分入渗特征的影响,通过开展不同土壤容重的浑水膜孔灌自由入渗试验,研究了土壤容重对浑水膜孔灌自由入渗能力、湿润体特征及土壤含水率分布的影响,提出了不同土壤容重的浑水膜孔灌自由入渗单位膜孔面积累积入渗量和稳定入渗率模型;建立了浑水膜孔灌自由入渗率、湿润锋运移距离与土壤容重的关系。结果表明:浑水膜孔灌自由入渗随着土壤容重的增大,单位膜孔面积累积入渗量、稳定入渗率以及水平湿润锋运移距离都逐渐减小;在相同入渗时间内,随着土壤容重的增大,距膜孔中心相同位置处的土壤含水率减小。该研究成果可为更深入的研究浑水膜孔灌自由入渗规律和浑水膜孔灌技术提供参考。     

浑水膜孔灌多向交汇入渗及减渗特性

浑水灌溉是我国黄河流域引黄灌区灌溉的主要特点,其中浑水中的泥沙含量对土壤入渗特性有较大的影响,为揭示浑水膜孔灌交汇入渗的减渗特性,通过开展浑水及清水膜孔灌入渗试验,建立了浑水膜孔灌自由入渗相对于清水的减渗率及浑水膜孔灌多向交汇入渗相对于自由入渗的减渗率与入渗时间之间的量化关系,提出了由清水膜孔灌自由入渗量推求浑水膜孔灌多向交汇入渗量的模型。结果表明:浑水膜孔灌自由入渗较清水的减渗量随入渗时间的延长而增大,但增大幅度慢慢变小,入渗后期其减渗量基本呈线性增加,其减渗率随时间的增大先快速增大后缓慢减小,入渗后期减渗率基本稳定;当入渗产生交汇后,入渗能力明显减小,多向交汇入渗和单向交汇入渗相对自由入渗的减渗率均随入渗时间的增长而增大,多向交汇入渗相对单向交汇入渗也存在减渗作用,3条减渗率曲线的变化率随着时间的增长而逐渐减小。     

浑水膜孔灌入渗特性与致密层形成特性

水中带沙是浑水灌溉较清水灌溉的本质区别,为揭示浑水灌溉的节水减渗机制,通过浑水膜孔灌自由入渗室内试验,以清水入渗为对照,研究了浑水膜孔灌入渗能力、湿润锋运移距离、湿润体含水率、致密层土壤颗粒组成及落淤层厚度等随入渗时间的变化规律,提出了土壤含水率与湿润锋运移距离之间的量化模型,分别建立了落淤层厚度与入渗时间、滞留层的滞...     

多因素作用下浑水入渗对土壤导水特性的影响

浑水土壤入渗具有复杂的上边界变化过程,其上边界导水能力的变化规律是研究浑水土壤入渗特性的重要基础。为研究浑水入渗形成致密层过程中导水率的变化情况,该研究进行了17组(9组正交试验处理,8组用于模型验证)浑水饱和土柱入渗试验,通过对试验结果进行多元回归构建多因素(浑水含沙率、黏粒含量及入渗时间)影响下砂土导水率动态模型;并结合浑水饱和土柱入渗特性进行合理假设,分别建立浑水砂壤土和粉壤土饱和土柱导水率动态模型并进行验证。结果表明:浑水含沙率、黏粒含量及入渗时间对砂土导水率影响极显著(P<0.01),入渗时间为砂土影响导水率变化的主要因素,其次为含沙率和黏粒含量;建立的砂土导水率动态模型决定系数为0.853,均方根误差为0.004 cm/min,表明该模型可客观反映各因素与导水率之间的关系;模型验证试验结果中均方根误差小于0.01 cm/min,相对误差绝对值均值小于7%,说明该导水率动态模型可靠性较高;砂壤土和粉壤土导水率动态模型决定系数分别为0.912和0.930,均方根误差分别为2×10^-3和5×10^-5 cm/min;模型验证中均方根...     

含沙率对层状土浑水膜孔灌单点源自由入渗特性的影响

为探究不同浑水含沙率对层状土入渗特性的影响,通过室内膜孔灌自由入渗试验,研究了以夹砂层位置为5~10cm的层状土条件下清水和不同含沙率的浑水(2%,5%,7%,9%)入渗的累积入渗量、湿润锋运移规律以及湿润体内土壤含水量分布情况,分别建立了层状土不同含沙率浑水膜孔灌入渗量、湿润锋运移距离与入渗时间之间的关系;提出了基于清水入渗的不同浑水含沙率单位膜孔面积累积入渗量模型。结果表明:不同浑水含沙率累积入渗量变化趋势一致,但含沙率越大,累积入渗量越小,浑水减渗作用越明显,对应入渗系数越小,入渗指数越大;湿润锋运移距离随含沙率的增大而减小,当水分入渗到壤—砂交界面时,湿润锋在垂向上出现明显停滞,仅在水平方向上随入渗时间不断推进;供水结束后不同浑水含沙率下土壤湿润体内水分主要集中砂层以上,土壤含水量随浑水含沙率的增大而减小。研究结果可为进一步研究层状土浑水膜孔灌灌溉技术提供理论参考。     

不同膜孔直径的浑水膜孔灌单向交汇入渗特性

根据室内浑水膜孔灌单向交汇入渗试验资料,研究了不同膜孔直径的浑水膜孔灌单向交汇入渗特性;建立了浑水膜孔灌单向交汇入渗参数、单向交汇时间、湿润锋运移参数与不同膜孔直径的关系;提出了不同膜孔直径的浑水膜孔灌单向交汇入渗单位膜孔面积累积入渗量模型、稳定入渗率模型、自由面和交汇面湿润锋运移模型。结果表明:随着膜孔直径增大,单点膜孔累积入渗量逐渐增大,单位膜孔面积累积入渗量逐渐减小;单位膜孔面积累积入渗量的K值随着膜孔直径的增大而减小,α随着膜孔直径的增大而逐渐增大;在膜孔间距一定的情况下,入渗发生交汇的时间随着膜孔直径的增大而减小;在相同入渗时间内,随着膜孔直径的增大,自由面和交汇面垂直和水平湿润锋运移距离都逐渐增加。     

泥沙粒度组成对浑水间歇入渗特性的影响研究

利用大田浑水间歇入渗试验资料,探讨了浑水间歇入渗特性及其减渗效果;研究了不同泥沙粒度组成对浑水连续和间歇入渗规律的影响;在此基础上,提出了泥沙粒度组成对浑水入渗的影响主要取决小于０．０１ｍｍ的物理性粘粒含量,且用物理性粘粒含量能较好反映浑水泥沙粒度组成对浑水入渗的影响     

浑水入渗规律试验研究

在分析了影响浑水入渗主要因素的基础上,提出了试验方案,根据浑水渗试验资料,建立了浑水渗经验公式,结果表明,浑水与清水入渗的差异主要是由浑水中物理性粘粒在存在引起的水中物理性粘粒含量越大,累积入渗量就越小,这一成果对流域降雨产汇流,土壤侵蚀机理研究及浑水灌溉研究与应用具有一定的价值。     

不同浓度浑水入渗试验研究

黄土高原地区暴雨径流形成高含沙浑水,其人渗特点直接影响着坡面产流产沙,探求不同浓度浑水入渗规律,对于坡面土壤侵蚀机理研究具有指导意义.以清水入渗为对照,试验测定了不同浓度浑水入渗特征、入渗过程和浑水减渗率等项目.分析结果表明,第1 min末的入渗速率、稳定入渗速率和累积入渗量均随浑水浓度增加呈指数函数关系递减,而减渗率随浑水浓度增加呈对数函数关系递增.两种关系均随着浓度增加呈稳定趋势.清水的累积入渗量在相同时段内始终最大,随着泥沙浓度增加,累积入渗量减小,说明浑水具有阻渗作用.     

浑水灌溉和有机肥对土壤水分运移、蒸发及淋溶的影响

为揭示浑水含沙率和有机肥对土壤水分入渗和淋溶损失的影响,该研究采用室内一维土柱入渗装置,研究4个浑水含沙率水平（0、4%、8%、12%）和4个生物有机肥施肥水平（0、2 250、4 500、6 750 kg/hm²）对土壤水分运移、蒸发特性及淋溶损失的影响。结果表明：随着浑水含沙率和施肥水平的增大,相同时间内湿润锋运移距离和累积入渗量逐渐降低,且湿润锋运移距离与入渗时间符合幂函数关系。Kostiakov入渗模型可描述浑水灌溉和施肥条件下的土壤水分入渗变化过程（R²>0.9）,随着浑水含沙率和施肥水平的逐渐增大,入渗系数逐渐减小,而入渗指数逐渐增大。浑水灌溉和施肥条件下的累积蒸发量与蒸发时间符合Black和Rose蒸发模型（R²>0.9）,且Black模型的精度比Rose高。与清水入渗相比,浑水入渗可提高土壤中的电导率、有机质含量、淋溶液中的电导率和总溶解性固体物质,同时降低累积蒸发量、土壤的含水率、pH值和累积淋溶液体积。与不施肥相比,施有机肥能减少土壤水分的蒸发,同时还能降低累积淋溶液体积以及淋溶液中的电导率和总溶解性固体物质,增加土壤中的有机质含量和电导率。该研究结果可为浑水灌溉高效利用和合理施用有机肥量提供科学参考。     

不同地面覆盖材料对壤土浑水径流入渗规律的影响

通过模拟覆盖、双环入渗试验，对两种土壤质地带新造人工林地、50%覆盖度条件下，地膜、渗水膜、干草、塑料泡膜4种地面覆盖材料对浑水入渗性能的影响及其机制进行了研究。结果表明，在浑水特性一定条件下，地面覆盖对浑水入渗性能的影响，既与土壤质地有关，又与覆盖材料的透水性和孔隙结构有关； 4种地面覆盖材料，降低了土壤的入渗性能、延长了达到稳渗的历时。在常规地面覆盖栽培条件下，地面覆盖对积水型浑水入渗的削弱作用，在于覆盖材料改变了土壤表面的水动力特性，起着阻碍水分下渗的瓶颈作用。其中，尤以不透水的地膜最为明显，与对照相比，其稳渗率降幅达33%(轻壤土)～39%(中壤土)；渗水膜和干草次之，塑料泡膜对下渗的削弱作用最小。覆盖对中壤土稳渗率及稳渗历时的影响大于轻壤土，稳渗历时延长60%～80%，但对累积入渗量的影响不及轻壤土。通过统计分析，得出了与覆盖材料性质和土壤质地有关的特征阻抗参数，为利用常规的浑水入渗资料推求覆盖条件下浑水入渗提供了可能。     

土壤初始含水率对浑水膜孔灌自由入渗特性影响

为揭示土壤初始含水率对浑水膜孔灌单点源自由入渗的影响,通过开展不同初始含水率的室内浑水膜孔灌试验,研究了土壤初始含水率对浑水膜孔灌自由入渗特性、减渗特性以及土壤含水率分布的影响,并建立了基于土壤初始含水率和累积入渗时间的浑水膜孔灌自由入渗模型和减渗模型。研究表明:当浑水的含沙率和膜孔的直径一定时,随土壤初始含水率的增大,相同时间内的单位膜孔面积累积入渗量呈逐渐减小的趋势,初始含水率为4.96%,7.43%,10.07%和12.40%的分别较风干条件下的减少了19%,33%,45%和56%,减渗效果明显。通过对含水率分布特征研究发现,在靠近和远离膜孔的部位含水率变化梯度较大,平均含水率梯度达到了2%/cm,而中间部位含水率变化较小,平均含水率变化梯度仅为0.65%/cm。     

浑水含沙率和泥沙粒度组成对膜孔灌入渗特性的影响

通过室内清水膜孔灌自由入渗试验和4种不同含沙率及4种不同泥沙粒度组成的浑水膜孔灌自由入渗试验,研究了含沙率和泥沙粒度组成对浑水膜孔灌入渗特性的影响。结果表明:综合考虑含沙率和泥沙粒度组成的联系,定义了相对黏粒含量的概念;基于相对黏粒含量建立了单位膜孔面积累积入渗量、水平湿润锋运移和垂直湿润锋运移的数学模型,经检验该数学模型具有较好的相关性;提出了浑水膜孔灌自由入渗情况下灌水均匀度分析的数学模型。研究结果为浑水膜孔灌的进一步研究奠定了基础。     

两种初始土壤含水量对浑水入渗影响的试验研究

浑水入渗是黄土高原地区普遍存在的现象,不同土壤初始含水量对入渗结果有着显著影响。以清水入渗为对照,研究了不同含水量条件下浑水入渗实验特征以及减渗率等内容。分析结果表明,第1 min末入渗速率？稳定入渗速率和累积入渗量均随浑水浓度增加呈指数函数关系递减,均表现出随着浓度增加呈稳定趋势。清水的累积入渗量在相同时段内始终最大,随着泥沙浓度增加,累积入渗量减小。本研究结果对土壤侵蚀机理研究具有应用价值。     

Green-Ampt 公式在层状土入渗模拟计算中的应用

通过对Green-Ampt入渗模型特点的进一步分析和总结,概述了目前对Green-Ampt 入渗模式的发展情况,特别在沙层阻水、浑水入渗、间歇入渗和降雨入渗方面的应用进行分析,并对Green-Ampt公式在这些方面应用中参数确定方法进行了进一步探讨,为在黄土区的应用提供指导.     

Green—Ampt公式在层状土入渗模拟计算中的应用

通过对Green-Ampt入涌模型特点的进一步分析和总结,概述了目前对Green-Ampt入渗模式的发展情况,特别是沙层阻水,浑水入渗,间竭入渗和降雨入渗方面的应用进行分析,并对Green-Ampt公式在这些方面应用中参数确定方法进一步探讨,为在黄土区的应用提供指导。     

膜孔直径对浑水膜孔灌土壤水氮运移特性的影响

通过对西安粉壤土进行4种膜孔直径(6,8,10,12cm)的浑水膜孔肥液自由入渗室内试验,观测并分析了湿润锋运移距离、累积入渗量、湿润体内水分分布以及NO_3~--N和NH_4~+-N运移特性的变化规律。结果表明:膜孔直径对浑水膜孔灌土壤水氮运移特性具有较为显著的影响。不同膜孔直径的浑水膜孔灌肥液自由入渗累积入渗量符合Philip入渗模型;湿润锋运移距离与入渗时间呈极显著的幂函数关系;在相同的入渗时间内,膜孔直径越大,湿润锋运移距离越大,单位膜孔面积累积入渗量越小,同一位置处土壤NO_3~--N和NH_4~+-N含量越大。入渗400min内,在膜孔中心附近区域NO_3~--N和NH_4~+-N含量较高,湿润体内土壤NO_3~--N主要集中分布在距膜孔中心15cm范围内,而NH_4~+-N主要集中分布在距膜孔中心8cm范围内。